骨科手术是所有临床手术中数量最多的术种,脊柱外科手术是其中一个重要的分支。由于技术成熟并且对患者创伤较低,近年来微创手术开始逐渐应用到脊柱外科手术中。狭窄的视野和手术的高风险性,限制了脊柱微创手术的进一步发展和应用。为提高手术的精准性和可靠性,研制了一种新型的、安全可靠的脊柱微创手术机器人。根据系统的设计要求,基于宏微结合的设计思想,对机器人的自由度进行了配置,其中并联部分为6自由度双平面5R并联机构,可完成定位和手术等精细操作。采用模块化设计思路对并联操作机器人的并联模块、滑筒模块、手柄模块进行了详细设计。对关键零部件进行了强度校核,对机构整体模态进行了分析。推导了平面5R机构的运动学正解和运动学逆解,建立了机构的设计空间,对设计空间内各种尺寸组合对应的理论工作空间和奇异位形进行了分析,并定义最大包容空间,以此作为机构可正常工作的工作空间大小的量度,并选取同等尺寸条件下可用工作空间较大的设计空间子区域作为最终的设计空间。对机构的刚度性能和灵巧度性能进行了分析,以刚度性能为优化目标,使用遗传优化算法,在选定的设计空间内确定了各杆件的尺寸比例,最终根据工作空间指标的要求,确定了各杆件的实际尺寸。对机构的动力学进行分析,推导得到机构的动力学方程,针对其中的耦合项提出了改善机构动力学性能的若干措施。对影响末端器械定位精度的误差因素进行了分析。对于杆件尺寸误差,推导了机构误差传递函数,并对各杆件的误差传递系数大小进行了比较;对于转动副间隙误差,通过数学模型推导得到间隙误差对定位精度的影响情况。对于转动副轴线平行度误差,使用矩阵力法计算了强制装配引起的机构附加内力及连杆变形,从而分析了机构的应变能波动与轴向寄生运动的变化情况。最后,搭建了实验平台,对机器人控制系统进行了设计,使用USB-CAN卡,驱动器以及自制电路板搭建了基于CAN总线通信方式的控制系统。使用Visual C++程序设计语言编制了上位机控制软件,对混联操作机构进行控制,针对机构的定位精度、定向精度、重复定位精度、重复定向精度以及分辨率性能进行了实验。